JP2000264774A - 単結晶原料供給装置及び単結晶原料供給方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主ルツボを有する単結晶引上げチャンバの外
部に前記チャンバとは異なる補助ルツボを有する原料融
液チャンバを設置し、補助ルツボから主ルツボへ安定し
た移送速度で効率よく原料融液を供給する。 【解決手段】 単結晶原料供給装置において、原料融液
を単結晶引上げ装置のルツボ内へ移送させるための連通
管１内面に、連通管の軸方向に沿って溝２を設け、かか
る溝内で初期流動原料融液を意図的に固化させ、固化し
た原料３が続いて流動される原料融液４に熱を与え、ヒ
ータの役割を果たすようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、引上げＣＺ（Czoc
hralski）法によりＳｉ（シリコン）の無転位の単結晶
を製造するための単結晶引上げ装置において、単結晶の
原料を補助ルツボ内で加熱して溶解し、この溶解原料を
主ルツボに供給するための単結晶原料供給装置及び単結
晶原料供給方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、引き上げＣＺ法による単結晶成
長装置では、高耐圧気密チャンバ内を１０torr程度に減
圧して新鮮なＡｒ（アルゴン）ガスを流すとともに、チ
ャンバ内の下方に設けられた石英ルツボ内の多結晶を加
熱して溶融し、この融液の表面に種結晶を上から浸漬
し、種結晶と石英ルツボを回転、上下移動させながら種
結晶を引き上げることにより、種結晶の下に上端が突出
した円錐形の上部コーン部と、円筒形のボディ部と下端
が突出した円錐形の下部コーン部よりなる単結晶（いわ
ゆるインゴット）を成長させるように構成されている。

【０００３】このような装置において原料を溶解する従
来の方法としては、単結晶引上げ用ルツボ（以下、主ル
ツボ）内で溶融している原料の減少を補うために、追加
供給用原料融液ルツボ（以下、補助ルツボ）から原料融
液を供給する方法が提案されている。

【０００４】例えば、特開昭５５−１３０８９４号公報
では、主ルツボと連通した補助ルツボ内で原料を溶解し
て、補助ルツボから連通管を介して主ルツボに原料融液
を追加供給する方法が提案されている。また、特開昭５
６−１３０８９４号公報では、固体原料を引上げ装置の
外部から引上げ装置の内部にある補助ルツボにまず供給
して溶融し、原料融液を補助ルツボから主ルツボに追加
供給する方法が提案されている。かかる方法では、いず
れも主ルツボと補助ルツボは同一の雰囲気に属してい
る。

【０００５】一方、主ルツボと補助ルツボを完全に分離
し、同一の雰囲気に属さないようにする従来方法もあ
る。例えば、特開昭５９−１９９１３号公報では、単結
晶の成長、引上げ機構を有する単結晶引上げチャンバと
は異なる原料融液チャンバを用意し、これら２つのチャ
ンバに連通管を通して補助ルツボから主ルツボへ連続的
に原料融液を供給できる連続チャージ引上げ法（ＣＣＣ
Ｚ法）が提案されている。ここでは、連通管を介した原
料融液の移送には２つのチャンバ内の気圧差が利用され
ている。特開平８−２０８３７１号公報では原料融液チ
ャンバ内の気圧を調節することによって、原料融液の追
加供給量を正確にする方法が提案されている。ここで
は、原料融液は主ルツボを有するチャンバ外部から連通
管によって供給されている。

【０００６】従来の連通管は、ルツボと同様に石英によ
って作られている。連通管を介する原料融液の移送時に
おいて、連通管内部で原料融液が固化してしまうことを
防ぐため、ヒータなどの熱供給装置を用いて連通管内部
は高温に保たれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】連通管を短くして補助
ルツボが単結晶引上げチャンバ内に含まれるような単結
晶原料供給装置においては、原料融液作成機構のトラブ
ルが同一のチャンバ内の単結晶引上げ機構に悪影響を及
ぼすことが考えられる。

【０００８】他方、補助ルツボを主ルツボのチャンバの
外部に設置すると、連通管を長くする必要が生じて、連
通管を継ぐことになる。原料融液は連通管の継ぎ目部分
を通過することになり、かかる継ぎ目部分で原料融液の
滞留、原料融液の跳ね、原料融液の移送速度の低下など
が起こる。この結果、原料融液の温度低下を招き、ひい
ては原料融液固化が起きる。

【０００９】単結晶引上げチャンバと原料融液チャンバ
間での連通管を介した原料融液の移送手段に上記２つの
チャンバ内の気圧差を利用する装置においては、移送の
ために気圧差というわずかな圧力を利用しているゆえ
に、原料融液の移送速度が充分にとれず、供給管内部で
原料融液の固化が起こるという問題が生じてくる。

【００１０】連通管を黒鉛製のヒータなどの熱供給手段
によって外部から加熱し、連通管内の原料融液の温度低
下や固化を防ぐ方法においては、ヒータから原料融液へ
の汚染が懸念される。

【００１１】本発明は上記従来の問題点に鑑み、主ルツ
ボを有する単結晶引上げチャンバの外部に前記チャンバ
とは異なる補助ルツボを有する原料融液チャンバを設置
し、補助ルツボから主ルツボへ安定した移送速度で効率
よく原料融液を供給することのできる単結晶原料供給装
置及び単結晶原料供給方法を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、主ルツボを有する単結晶引上げチャンバの
外部に前記チャンバとは異なる補助ルツボを有する原料
融液チャンバを設置し、補助ルツボから主ルツボに原料
融液を供給する連通管内の原料融液の流動面に、連通管
の軸方向に沿って溝を設けたものである。なお、本発明
において「連通管内の原料融液の流動面」とは原料融液
が連通管と接する部分を示す。また本発明において「連
通管の軸方向に沿って溝を設ける」とは、連通管の流入
口から流出口方向に溝を設けるという意味で、必ずしも
軸方向に完全に平行して溝を設けることを意味するもの
ではない。

【００１３】すなわち、本発明によれば、単結晶引上げ
用ルツボと追加供給用原料融液ルツボと前記追加供給用
原料融液ルツボから前記単結晶引上げ用ルツボ内に原料
融液を供給するための連通管を有している単結晶原料供
給装置において、前記連通管内面の前記原料融液が流動
する原料融液流動面に、前記連通管の軸方向に溝を設け
たことを特徴とする単結晶原料供給装置が提供される。

【００１４】また本発明において、初期流動原料融液を
連通管の溝内で固化させ、固化した原料が続いて供給さ
れる原料融液に熱を与えることにより、その後の固化を
防止しつつ原料融液を供給することは好ましい態様であ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明で提供される溝を設
けた原料融液連通管の模式的な斜視図、図２は本発明で
提供される溝を設けた原料融液連通管の軸方向の模式的
な断面図、図３は本発明に係る原料融液供給機構を有し
た単結晶引上げ装置の模式図である。

【００１６】図１及び図２において、内部に空洞を有す
る管状構造の連通管１には連通管の実効半径（連通管の
中心軸から連通管の内壁までの距離）が大きくなるよう
に溝２が設けられており、連通管１の断面は方円形とな
っている。また、溝２は連通管１の軸方向、つまり連通
管の両端を結ぶ方向に設けられている。

【００１７】図１及び図２は、初期流動原料融液を固化
させたあと、原料融液を流動させている様子を示したも
のである。連通管１の原料融液流動面に設けられた溝２
に初期流動原料融液を流動させ、意図的にその初期流動
原料融液を溝２の内部で固化させる。その後、溝２の内
部で固化した原料３に接するように原料融液４を流動さ
せ、主ルツボへと移送させる。溝２の内部で固化した原
料３は、まだ固化した直後であるため高温を保持してお
り、ヒータの役割を果たして原料融液４のさらなる固化
を防ぐ。

【００１８】上記の作用を明らかにするため、水平に対
する設置角度βをβ＝３０°、内径５０ｍｍ、全体の長
さが１ｍの石英製の連通管において、溝の有無による作
用効果の差異を調べる比較試験を行った。

【００１９】溝のない連通管においては、原料融液の移
送歩留り（移送による影響を受けずに単結晶成長過程に
利用することのできる原料融液の割合）は７０％であっ
た。他方、深さ１０ｍｍ、幅３０ｍｍの溝を設けた連通
管においては、原料融液の移送歩留りは９５％であっ
た。このことより、連通管内に溝を設けることによっ
て、移送歩留りの高い、効率の良い原料融液の供給を達
成できることがわかった。

【００２０】図３は本発明に係る原料融液供給機構を有
した単結晶引上げ装置の模式図である。単結晶引上げ装
置５内の主ルツボ６は原料融液を有しており、単結晶棒
７が引き上げられる。単結晶棒７の引上げとともに、主
ルツボ６内の原料は減少する。この主ルツボ６内の原料
の減少を補うため、原料融液チャンバ８内の補助ルツボ
９で作られた追加供給用原料融液が漏斗１０を介して連
通管１１内に流入され移送、供給される。図３では溝の
内部で初期流動原料融液を意図的に固化させて、かかる
固化した原料１２の上に流動するように追加供給用原料
融液１３が供給されている様子が模式的に示されてい
る。

【００２１】単結晶引上げ直前に約１０分間、補助ルツ
ボから初期流動原料融液を連通管内に流入し、連通管の
溝内で初期流動原料融液を意図的に固化させる。連通管
内の溝には単結晶原料の融点に近い高温を保持している
固化した原料があるので、補助ルツボ内で溶融された単
結晶の追加供給用原料融液はこの固化した原料の熱によ
って、連通管内部を移送されている間も保温され、温度
低下や固化のない原料融液の移送が実現される。

【００２２】図３の単結晶引上げ装置のような原料融液
を連続的に供給し、融液量を一定に保った状態で結晶育
成する単結晶引上げ装置において、補助ルツボから主ル
ツボへと原料融液を供給するためのあらゆる連通管に、
本発明により提供される溝を設置することができる。

【００２３】つまり、本発明は連通管によるあらゆる移
送手段において適用される。また、主ルツボを含む単結
晶成長機構を有するチャンバの内部、原料融液作成機構
を有するチャンバの内部、これら２つのチャンバ間な
ど、連通管はあらゆる場所に設置可能である。さらに、
上記実施例においては、連通管断面が方円になるように
溝を形成しているが、溝の形はＶ字溝や円溝など任意の
形に定めることができる。また、溝は必ずしも連通管の
一端から他端に渡って連通管全体に設けられる必要はな
く、連通管の一部のみに設けることもできる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、主
ルツボを含んだ単結晶成長機構を有するチャンバの外
に、補助ルツボを含んだ原料融液作成機構を有する別の
チャンバを設置し、補助ルツボから主ルツボへ原料融液
を供給するための連通管内に、軸方向に沿って溝を設け
たので、安定した移送速度で効率よく原料融液を供給す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で提供される溝を設けた原料融液連通管
の模式的な斜視図である。

【図２】本発明で提供される溝を設けた原料融液連通管
の軸方向の模式的な断面図である。

【図３】本発明に係る原料融液供給機構を有した単結晶
引上げ装置の模式図である。

【符号の説明】

１ 連通管 ２ 溝 ３、１２ 固化した原料 ４、１３ 原料融液 ５ 単結晶引上げ装置 ６ 主ルツボ ７ 単結晶棒 ８ 原料融液チャンバ ９ 補助ルツボ １０ 漏斗 １１ 連通管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単結晶引上げ用ルツボと追加供給用原料
   融液ルツボと前記追加供給用原料融液ルツボから前記単
   結晶引上げ用ルツボ内に原料融液を供給するための連通
   管を有している単結晶原料供給装置において、 前記連通管内面の前記原料融液が流動する原料融液流動
   面に、前記連通管の軸方向に沿って溝を設けたことを特
   徴とする単結晶原料供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の単結晶原料供給装置によ
   り、初期流動原料融液を前記連通管の前記溝内で固化さ
   せ、固化した原料が続いて供給される原料融液に熱を与
   えるように、固化した原料に接触させて原料融液を供給
   することを特徴とする単結晶原料供給方法。